DOSSIER TP Pilote automatique de bateau Présentation Sur un voilier, le système "pilote automatique" est installé en complément du dispositif de pilotage manuel ; il permet de réaliser automatiquement le suivi d'un cap préalablement fixé. Le groupe hydraulique est un élément du système qui fournit l'énergie mécanique nécessaire à la manœuvre du safran en mode de pilotage automatique. Objectifs Découvrir ce système à l aide du langage SysML. Vérifier si le système réel répond bien à certaines exigences du cahier des charges. Fonctionnement du pilote Vous allez découvrir les différents cas d utilisation de ce système et en faire un «mode d emplois» Placer au préalable les vannes dans la position ci-contre pour que la pompe alimente correctement le vérin. Après avoir branché l alimentation du pilote, allumer l interface de contrôle AP16 en appuyant sur «PWR». Bouton bâbord 1. Fonctionnement en mode manuel. Après avoir pris connaissance du diagramme d état du système, placez-le en mode manuel et vérifiez son bon fonctionnement. Bouton tribord TP initial pilote bateau analyse système 1
DOSSIER TP 2. Fonctionnement en mode automatique. Activer le mode automatique. Après avoir pris connaissance du diagramme de séquence du cas d utilisation «Maintenir le bateau dans un cap», vérifiez son bon fonctionnement. 3. Mode d emplois. Pour résumer ces deux modes de fonctionnement, proposer un «poster» qui servira de mode d emplois basique et sera fourni au barreur du bateau lors de l achat pour une prise en main rapide. Structure du pilote Vous allez découvrir les différents éléments de la chaîne fonctionnelle du pilote et leur lien. Après avoir pris connaissance du diagramme de blocs, repérer sur le système les différents constituants. Indiquer sur la photo du document réponse leur position. Reproduire le diagramme de blocs internes en complétant les blocs «Console SIMRAD» et «Unité de conversion énergie électrique/énergie hydraulique». Vérification du cahier des charges Vous allez vérifier si le système réel satisfait complètement l'exigence sur le temps de réaction. On souhaite analyser les capacités de réaction du pilote pour modifier l orientation de la barre lorsque le bateau change de cap suite à une perturbation extérieure (vague par exemple) 1. Mesure du temps de réponse. Pour différentes valeurs de débit de la pompe, faites varier brusquement le cap du bateau de 30 (presque un échelon). Mesurer l'amplitude de variation de l'angle de barre. Mesurer le temps de réponse à 5% du pilote. Cap suivi Pilote automatique Angle de barre Pour reproduire le changement brusque de 30 de cap, utilisez une équerre. Le réglage du débit de la pompe se fait en agissant sur la vis de réglage située à l avant de la pompe. Voir le dossier ressources pour la prise de mesure. 2. Analyse des résultats. Tracer à l aide d un tableur, l'amplitude de l'angle de barre et le temps de réponse à 5% en fonction du débit de la pompe. En précisant les hypothèses faites, tracer la vitesse angulaire de la barre ( en degrés /sec.) en fonction du débit de la pompe. Sur quelles grandeurs le débit de la pompe a-t-il une influence? 3. Validation du cahier des charges. A partir des conclusions précédentes, représenter sur les figures du document réponse, la trajectoire du bateau en fonction du débit de la pompe. TP initial pilote bateau analyse système 2
DOCUMENT REPONSE débit faible débit moyen débit excessif Cap à suivre Cap à suivre Cap à suivre TP initial pilote bateau analyse système 3
DOSSIER TECHNIQUE TP initial pilote bateau analyse système 4
Diagramme partiel des exigences : EXTRAIT DU CAHIER DES CHARGES TP initial pilote bateau analyse système 5
Diagramme des cas d'utilisation : ANALYSE COMPORTEMENTALE Diagramme d'états : TP initial pilote bateau analyse système 6
Diagramme de séquence «maintenir le bateau dans un cap» : TP initial pilote bateau analyse système 7
ANALYSE STRUCTURELLE Diagramme de blocs : Diagramme de blocs internes simplifié : TP initial pilote bateau analyse système 8
Particularités du "Groupe hydraulique" - En mode pilotage automatique, un système de clapets pilotés réalise l'irréversibilité du système et permet au safran de se maintenir dans la position commandée quelles que soient les sollicitations. - Lors du pilotage en mode manuel, l'alimentation en énergie électrique du groupe hydraulique est coupée ; un système de distributeur ("by-pass") évite que le groupe hydraulique ne bloque le mouvement commandé par le barreur. - Il faut observer que la canalisation en acier cadmié (canalisation d'essais en charge) située à la partie supérieure de la maquette est un élément qui n existe pas sur les systèmes utilisés sur les bateaux ; elle a été ajoutée sur le système didactisé, dans le but d effectuer des mesures en charge sur la partie moteur+pompe, sans que le vérin soit sollicité. - Le "By pass" (distributeur 2/2) est le composant qui autorise le déplacement du gouvernail du bateau en pilotage manuel lorsque le pilote automatique ne fonctionne pas. Données techniques Le groupe hydraulique "Lecomble et Schmitt" utilise : - un moteur électrique à courant continu, tension nominale : 12V vitesse nominale : 1800 tr/mn courant nominal : 15 A couple nominal : 0,6 Nm vitesse à vide : 2300 tr/mn courant maximal à vide : 2,2 A couple de démarrage : 3Nm courant de démarrage : 64 A puissance absorbée : 180 W puissance utile : 110 W - une pompe à barillet, à 6 pistons, débit réglable (0,2 à 2 l/mn) ; pression 25 bars (nominal) - un vérin double tige ( diamètre : 40 mm, diamètre tige : 20 mm) TP initial pilote bateau analyse système 9
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le schéma hydraulique simplifié A noter sur le système didactisé, que la possibilité de circulation du fluide dans les robinets à 3 voies, est matérialisée par deux flèches noires au centre de chaque manette : Synoptique du pilote SIMRAD TP initial pilote bateau analyse système 12
Réseau SIMNET TP initial pilote bateau analyse système 13
DOSSIER RESSOURCES DOSSIER RESSOURCES TP initial pilote bateau analyse système 14
DOSSIER RESSOURCES Guide pour la prise de mesures sur le pilote automatique de bateau. REALISER UNE MESURE Mener une acquisition Au préalable, toutes les connexions sont réalisées et le banc a été mis sous tension en mode manuel STBY. Au chargement de l'application, une boîte de dialogue rappelle comment sont gérées les unités. Pour initier une nouvelle mesure, sélectionner "Fichier mesure/nouveau" Le premier onglet d'une boîte de dialogue permet de configurer à la demande les voies de mesure. Il est préférable de ne sélectionner que les voies utiles à la mesure que l'on souhaite réaliser de manière à obtenir le meilleur taux d'échantillonnage. Ajuster les deux paramètres de mesure et activer la mesure à l'aide du bouton de commande ou du raccourci clavier [Fin] lorsque le banc est en fonctionnement ou prêt à l'être. Lorsque l'acquisition est complète, choisir un nom à la mesure. TP initial pilote bateau analyse système 15
DOSSIER RESSOURCES Le menu "Affichage" permet de présenter les différents graphes. EXPLOITER LES GRAPHES Observer un graphe et en extraire des valeurs numériques Chaque graphique est doté de fonctions de cadrage, de positionnement et d'identification de valeurs à l'aide d'un curseur. Abscisse courante du curseur Ordonnée courante du curseur pour la courbe à laquelle il est affecté Affecter le curseur à la courbe suivante Affecter le curseur à la courbe précédente Déplacer le curseur à l'abscisse suivante Déplacer le curseur à l'abscisse précédente Activer les fonctions de déplacement du graphe dans la fenêtre graphique Activer les fonctions de cadrage Activer le curseur Cadrer sur une zone rectangulaire Cadrer sur une tranche d'abscisses Cadrer sur une bande d'ordonnées Agrandir le cadrage (Zoom -) Rétrécir le cadrage (Zoom +) Revenir au cadrage global MESURER LE DEBIT Mesurer le débit de la pompe à l'aide du débitmètre Le débit de la pompe peut être lu directement sur le débitmètre en l/min. TP initial pilote bateau analyse système 16